(57)【要約】  無線基地局は、適応変調を用いて無線端末と接続する無線基地局であって、第１の処理手段と第２の処理手段を有している。第１の処理手段は、無線端末へのトラフィックの、無線リソースにマッピングする総ビット数の目標値を決定する。第２の処理手段は、送信すべき総ビット数を目標値に関連付けて制限しつつ、無線リソースの空きリソースを少なくし、送信電力密度を一定かつ小さくするように、適応変調により前記無線端末に対する変調方式を定める。
2011105407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
適応変調を用いて無線端末と接続する無線基地局であって、
前記無線端末へのトラフィックの、無線リソースにマッピングする総ビット数の目標値を決定する第１の処理手段と、
送信すべき総ビット数を前記目標値に関連付けて制限しつつ、前記無線リソースの空きリソースを少なくし、送信電力密度を一定かつ小さくするように、適応変調により前記無線端末に対する変調方式を定める第２の処理手段と、
を有する無線基地局。
【請求項２】
前記第１の処理手段は、一次的な適応変調により前記無線端末に対する変調方式を定めた場合の総ビット数を前記目標値と定め、
前記第２の処理手段は、前記一次的な適応変調により定まる前記変調方式によりマッピングを行うと無線リソースに空きリソースができる場合、前記総ビット数を制限しつつ、前記送信電力密度を一定かつ小さくするように、前記空きリソースを含めた二次的な適応変調により前記無線端末に対する変調方式を定める、
請求項１に記載の無線基地局。
【請求項３】
前記第１の処理手段は、チャネル品質情報に基づいて前記一次的な適応変調を行い、
前記第２の処理手段は、前記空きリソースも使って前記送信電力密度が一定かつ小さくなるようにした、前記チャネル品質に基づく前記二次的な適応変調から得られる総ビット数が、前記一次的な適応変調における総ビット数に近づくように、前記二次的な適応変調を行う、
請求項２に記載の無線基地局。
【請求項４】
前記第２の処理手段は、前記二次的な適応変調から得られる前記総ビット数を、前記一次的な適応変調で得られた総送信ビット数と一致させつつ、チャネル品質がそれぞれ異なる複数の無線端末に対する適応変調の制御を逐次的に試行する、
請求項３に記載の無線基地局。
【請求項５】
前記第２の処理手段は、優先度が所定の閾値より高い無線端末については前記第１の処理手段が定めた送信電力密度を維持するように適応変調を制御する、請求項３または４に記載の無線基地局。
【請求項６】
送信パイロット信号の電力密度と、前記第２の処理手段によって得られた前記送信電力密度との差を示す下りの制御信号を送信する制御信号通信手段を更に有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線基地局。
【請求項７】
前記第１の処理手段は、前記無線端末へのトラフィック量に応じて前記目標値を決定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線基地局。
【請求項８】
前記第１の処理手段は、前記トラフィック量に応じて、前記空きリソース、あるいは前記無線リソースの全体に対する使用可能な無線リソースの割合を決定し、使用可能な無線リソースを用いたマッピングにより、前記目標値を決定する、請求項７に記載の無線基地局。
【請求項９】
前記第１の処理手段は、送信すべきデータが一時的に格納される送信バッファのキュー長に応じて前記目標値を決定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線基地局。
【請求項１０】
前記第２の処理手段は、前記送信電力密度を一定値から所定の範囲内となるように前記適応変調を制御する、
付記１〜９のいずれか１項に記載の無線基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末との接続に用いる変調方式や符号化方式を適応的に制御する無線基地局に関し、特にそのような無線基地局の省電力化に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信機と受信機の間のチャネル品質が時間や場所に応じて変動する無線通信システムにおいて、チャネル品質に応じて適応的に変調方式を変更する方法が知られている。これは適応変調と呼ばれる技術であり、移動通信システムや無線ローカルエリアネットワークにおいて広く用いられている。適応変調の原理は公知であり、例えば非特許文献１に述べられている。【０００３】
また、適応変調と同様に、チャネル品質に応じて適応的に符号化方式を変更する方法として適応符号化も知られている。適応符号化の原理も非特許文献１に述べられている。更に、適応変調と適応符号化を組み合わせた適応変調符号化も知られている。
チャネル品質に応じて方式を選択し、選択した方式に応じて送信電力が変化する点において適応符号化も適応変調符号化も基本的に適応変調と同様に考えることができる。ここでは主に適応変調について説明するが、特に区別する必要が無い場合には適応変調という語に適応符号化および適応変調符号化も含まれるものとする。また、その場合には変調方式という語に、符号化方式、および変調方式と符号化方式の組み合わせも含まれるものとする。【０００４】
図１は、適応変調について説明するための通信システムのモデル図である。図１において、送信機２０００に送信信号が入力されると、送信機２０００は適切な変調方式および符号化率を選択し、送信信号に対して変調および符号化を行う。このとき、送信機２０００は、受信機２０２０から帰還チャネル２０３０を介して得られたチャネル品質の推定結果に基づき、変調方式および符号化率を選択する。このチャネル品質のことをＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）と呼ぶ。また、送信機２０００は、所要の信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）あるいは信号対雑音電力比（ＳＮＲ）が満足されるように、変調方式及び符号化率を選択する。【０００５】
送信機２０００から送信された信号は、チャネル２０１０において時間的に変動する電力利得、雑音、および干渉波が加えられ、受信機２０２０に到達する。受信機２０２０は、送信機２０００からの信号に対して復調および復号を行うことにより受信信号を取り出す。また、受信機２０２０はチャネル推定を行い、得られたチャネル品質の情報を、帰還チャネル２０３０を介して送信機２０００に伝達する。【０００６】
一般に無線通信でよく用いられる適応変調は、回線容量を最大化するように変調方式を選択するものである。すなわち、帰還チャネルから得られたチャネル品質の推定結果に対して、１シンボルあたりの伝達情報量（多値度）が最も多い変調方式を選択する。【０００７】
例えば、１シンボルあたりの情報量が２［ｂｉｔｓ］であるＱＰＳＫ変調に要求されるＳＮＲがＺ１［ｄＢ］であり、１シンボルあたりの情報量が４［ｂｉｔｓ］である１６ＱＡＭ変調に要求されるＳＮＲがＺ２［ｄＢ］であり、１シンボルあたりの情報量が６［ｂｉｔｓ］である６４ＱＡＭ変調に要求されるＳＮＲがＺ３［ｄＢ］であり、Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３であるとする。【０００８】
そして、チャネル２０１０のＳＮＲがＺ３以上である場合、ＱＰＳＫ変調、１６ＱＡＭ変調、６４ＱＡＭ変調のいずれも適用することが可能である。このとき、１６ＱＡＭ変調を適用すればＱＰＳＫ変調の２倍、６４ＱＡＭ変調を適用すればＱＰＳＫの３倍の回線容量を得ることができるので、一般には６４ＱＡＭ変調が選択されることになる。このようにＳＮＲが良好な場合、変調方式および符号化率によって定まる多値度を上げることにより平均スループットを向上することができる。【０００９】
しかし、ＳＮＲが良好な場合、多値度を上げることにより平均スループットを向上するだけでなく、逆に多値度を下げることにより送信電力を低減することも可能である。例えば、６４ＱＡＭ変調の代わりに１６ＱＡＭあるいはＱＰＳＫ変調を適用すれば、送信電力をそれぞれＺ３−Ｚ２［ｄＢ］あるいはＺ３−Ｚ１［ｄＢ］だけ低減でき、その結果として無線通信の省電力化を図ることができる。【００１０】
適応変調によって無線基地局の省電力化を図る技術として特許文献１に記載されたものが挙げられる。特許文献１には、転送すべきデータ量が所定の閾値未満である場合、あるいはデータの転送に利用可能な無線リソース量が所定の値以上の場合に多値度を下げることにより省電力化を図るという方法が開示されている。【００１１】
また、特許文献１には、繁忙時間帯以外の時間帯は送信部または受信部あるいはその両方を部分的に停止することにより省電力化を図ることが記載されている。さらに特許文献１には、転送するデータ量が所定の閾値以上の場合、多値度を挙げることにより回線容量の増大を図っている。【００１２】
また、非特許文献２では、ＩＥＥＥ８０２．１６標準に従う無線通信システムの上り回線において、適応変調符号化方式（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｄｉｎｇ  Ｓｃｈｅｍｅ，  ＭＣＳ）のレベル（ＭＣＳレベル）を適応的に切り替えることにより、省電力制御をおこなう方法が示されている。このＭＣＳレベルは変調方式や符号化方式に相当する。【００１３】
非特許文献２では、回線容量すなわち上りサブフレームの利用率に空きがある場合、Ｅｘｐａｎｄ  ＳｃｈｅｍｅとＲｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｓｃｈｅｍｅの２段階で省電力制御を行う。【００１４】
まず、Ｅｘｐａｎｄ  Ｓｃｈｅｍｅでは、複数ある移動端末から最も送信電力を低減できる余地がある移動端末を順番に選択し、その移動端末のＭＣＳレベルを変更して、その移動端末の送信電力が最も低くなる多値度を適用する。これを回線容量に空きがなくなるか、あるいは全ての移動端末のＭＣＳレベルの変更が完了するまで繰り返したら、Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｓｃｈｅｍｅに移る。【００１５】
Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｓｃｈｅｍｅでは、任意の２つの移動端末を選択し、それらの移動端末のＭＣＳレベルを変更するとした場合にセル全体として使用する回線が回線容量の範囲内でかつ送信電力の低減が図れるのであれば、そのようにＭＣＳレベルを変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−２５２２８２号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ａｎｄｒｅａ  Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ，  「ゴールドスミス  ワイヤレス通信工学」、丸善、２００７、ｐｐ．  ３６９−３８９．
【非特許文献２】Ｗ．  Ｋｉｍ，  Ｊ．  Ｙｏｏｎ，  Ｊ．  Ｂａｅｋ．  Ｙ．  Ｓｕｈ，  “Ｐｏｗｅｒ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｕｐｌｉｎｋ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｓｃｈｅｍｅｓ  ｉｎ  ＩＥＥＥ  ８０２．１６  ＯＦＤＭＡ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，  ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，  Ｖｏｌ．  Ｅ９２−Ｂ，  Ｎｏ．  ９，  ｐｐ．  ２８９１−２９０２，  ２００９．０９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
一般に、移動通信システム等の無線セル内には様々なチャネル品質の無線端末が混在する。そして適用可能な多値度は無線端末によって異なる。また無線セルにおける無線端末を収容する容量は時間的に変化する。このため、輻輳を回避しつつ消費電力を最小化するには、無線端末毎に多値度を適切に設定することが要求される。【００１９】
上述したように、特許文献１に記載された方法では無線基地局における無線リソースの負荷が低いときに、無線基地局と無線端末で使用する変調方式を多値度の低いものに切り替える。しかし、特許文献１には、様々なチャネル品質の無線端末群の中からどの無線端末を選択して変調方式を変更するかについては述べられていない。このため、変調方式を変更する無線端末の選択しだいで、必ずしも全体として最も有効な送信電力の低減が図られない場合があった。【００２０】
また、多値度を上げると要求される送信電力やＳＮＲが指数的に増加する傾向がある。そのため、チャネルの利得や干渉が一定ならば、送信電力が最も高くなるような多値度の変調方式を用いる無線端末の数をできるだけ少なくするのが送信電力削減において好ましい。【００２１】
上述したように、非特許文献２に記載された方法では、回線容量に空きがあれば、送信電力を低減する余地が最も大きい無線端末から多値度を変更していく。しかし、送信電力を低減する余地が最も大きいからといって、必ずしも送信電力の低減に効果的であるということではない。そのため効果的な送信電力の低減が図れない場合があった。【００２２】
また、非特許文献２のＲｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｓｃｈｅｍｅ処理では上述したように任意の２つの無線端末に対して電力削減効果のある多値度を探索するが、無線端末の数が多くなるとその組み合わせの数も多くなり、計算量が膨大になる。しかも、送信電力の低減に有効かどうかとは関係なく組み合わせを選択するので、送信電力の低減に有効な適切な組み合わせから多値度を変更しているとは限らない。【００２３】
本発明の目的は、適応変調を用いて複数の無線端末と接続する無線基地局における送信電力を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明の無線基地局は、適応変調を用いて無線端末と接続する無線基地局であって、
前記無線端末へのトラフィックの、無線リソースにマッピングする総ビット数の目標値を決定する第１の処理手段と、
送信すべき総ビット数を前記目標値に関連付けて制限しつつ、前記無線リソースの空きリソースを少なくし、送信電力密度を一定かつ小さくするように、適応変調により前記無線端末に対する変調方式を定める第２の処理手段と、を有している。【００２５】
本発明の制御方法は、適応変調を用いて無線端末と接続する無線基地局における適応変調制御方法であって、
前記無線端末へのトラフィックの、無線リソースにマッピングする総ビット数の目標値を決定し、
送信すべき総ビット数を前記目標値に関連付けて制限しつつ、前記無線リソースの空きリソースを少なくし、送信電力密度を一定かつ小さくするように、適応変調により前記無線端末に対する変調方式を定めるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】適応変調について説明するための通信システムのモデル図である。
【図２】本実施形態の基本的なシステム構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態の無線基地局の基本的な構成を示すブロック図である。
【図４】無線リソースの構成を示す図である。
【図５】汎関数とその変分を説明するための図である。
【図６】一般的な適応変調による変調方式を無線リソースにマッピングした様子を示す図である。
【図７】省電力化する適応変調の様子を示す図である。
【図８Ａ】本原理を適用した一例を説明するため図である。
【図８Ｂ】本原理を適用した一例を説明するため図である。
【図９Ａ】本原理を適用した第２の例を説明するための図である。
【図９Ｂ】本原理を適用した第２の例を説明するための図である。
【図１０】本実施形態のシステム構成を説明するための図である。
【図１１】本実施形態の無線基地局の構成を説明するための図である。
【図１２】マッピング部の機能構成を示す図である。
【図１３】マッピング動作例を説明するための模式図である。
【図１４】一次マッピング部２０１と二次マッピング部２０２が逐次的に処理を試行するマッピング部１０３の動作例を示したフローチャートである。
【図１５】時間的な平均化について説明するための図である。
【図１６】図１５の（１）の場合の送信電力と（２）の場合の送信電力を比較した表である。
【図１７】省電力化の効果を示すシミュレーション結果のグラフである。
【図１８】シミュレーションに用いたＭＣＳの一覧表である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図２は、本実施形態の基本的なシステム構成を示すブロック図である。図２を参照すると、本実施形態の移動通信システムは無線基地局１１と無線端末１２を有している。図３は、本実施形態の無線基地局の基本的な構成を示すブロック図である。図３を参照すると、無線基地局１１は一次処理部２１と二次処理部２２を有している。
【００２９】
本実施形態では、無線基地局１１が無線リソースを用いて無線端末１２と通信する移動通信システムを想定している。無線基地局１１は、一次処理部２１により、一次的な適応変調を行った後、無線リソースに空きリソースが生じる場合、二次処理部２２により、送信すべき総ビット数を制限しつつ、送信電力密度を一定かつ小さくするように、空きリソースも追加で用いて二次的な適応変調を行う。これにより無線基地局の送信電力が効果的に削減できる。
【００３０】
なお、ここでは一次処理部２１は適応変調を行う例を示したが、本発明がこれに限定されるものではない。他の例として、一次処理部２１は、適応変調およびそれによるマッピングを行うことなく、予め決まられたテーブルを参照することで、無線端末１２へのトラフィック量あるいはバッファのキュー長から直接的に総ビット数（すなわち、二次処理部２２において目標とする総ビット数）を決定することにしてもよい。
【００３１】
また、一次処理部２１は、チャネル品質情報に基づいて一次的な適応変調を行い、二次処理部２２は、空きリソースも使って送信電力密度が一定かつ小さくなるようにした、チャネル品質に基づく二次的な適応変調から得られる総ビット数が、一次的な適応変調における総ビット数に近づくように、二次的な適応変調を行うものであってもよい。チャネル品質（ＣＱＩ）に応じて無線端末１２毎の多値度を適切な多値度に下げることができる。
【００３２】
また、二次処理部２２は、二次的な適応変調から得られる総ビット数を、一次的な適応変調で得られた総送信ビット数と一致させつつ、チャネル品質がそれぞれ異なる複数の無線端末に対する適応変調の制御を逐次的に試行するものであってもよい。これにより、一般的な手法等による一次的な適応変調によるマッピングの総ビット数を利用し、二次的な適応変調を追加することにより省電力化を実現できる。
【００３３】
また、二次処理部２２は、複数の無線端末１２に対する適応変調の制御を逐次的に試行するとき、優先度が所定の閾値より高い無線端末については一次処理部２１が定めた変調方式を維持することにしてもよい。これにより、無線基地局１１は、状態が改善するまでデータを待機している端末はスケジューリングメトリックが上がって優先度が上がっているので、優先度の高い待機端末向けリソース割り当てを行う際、送信電力密度を下げずにデータを送信することができる。
【００３４】
また、無線基地局１１は更に制御信号通信部２３を有し、制御信号通信部２３は、送信パイロット信号の電力密度と、二次処理部２２によって得られた送信電力密度との差を示す下りの制御信号を無線端末１２に向けて送信することにしてもよい。これにより、送信電力密度が一定で小さくなるように適応変調が制御された結果として生じるパイロット信号とデータを運ぶチャネルとの電力差が無線端末１２に通知されるので、無線端末１２における良好な復調処理が可能になる。
【００３５】
また、一次処理部２１は、無線端末１２へ送信すべきトラフィック量に応じて、空きリソース、あるいは無線リソースの全体に対する使用可能な無線リソースの割合を決定し、使用可能な無線リソースを用いたマッピングにより、送信すべき総ビット数を決定することにしてもよい。これにより、トラフィック量に応じて適切な総ビット数を制約条件にできるので、適切な二次的な適応変調を行うことができる。
【００３６】
また、一次処理部２１は、送信すべきデータが一時的に格納される送信バッファのキュー長に応じて、空きリソース、あるいは無線リソースの全体に対する使用可能な無線リソースの割合を決定し、使用可能な無線リソースを用いたマッピングにより、送信すべき総ビット数を決定することにしてもよい。これにより、送信バッファのキュー長からトラフィック量を容易に得て、制約条件に利用することができる。
【００３７】
また、二次処理部２２は、送信電力密度を一定値から所定の範囲内となるように適応変調を制御することにしてもよい。これにより、送信電力密度がとりうる値が離散的であっても、それを一定範囲に制御することにより、送信電力が効果的に低減されるような制御が可能である。
【００３８】
以下、本発明の原理的な側面から本実施形態を説明する。
【００３９】
先ずチャネル利得や干渉成分からなる伝送路の状態（チャネル品質）が無線リソースによって異なる場合で考える。具体的にＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式でみると、無線リソースは、図４に示した様に周波数方向および時間方向にて領域が規定される。無線リソースは、周波数方向ではコヒーレント帯域に分割され、時間方向ではコヒーレント時間に分割される。この分割について、ここでは便宜上、無線リソースをリソースブロックに分割したという言い方をする。リソースブロックには、適応変調により決定された無線端末に対応する変調方式（ＭＣＳ等）がマッピングされる。
【００４０】
リソースブロックの各々は１つ以上のサブキャリアを含み、時間方向では１つ以上のシンボルを含む。リソースブロック内ではチャネル利得や干渉成分はほぼ一定と考える。このリソースブロックがスケジューリングやマッピングの基本単位となる。
【００４１】
本実施形態によれば無線基地局の消費電力を効果的に低減することができるが、電力量が最小であること、つまり最適な省電力であることの証明にあたって、ここでは連続系で示す。実際のシステムにおいては厳密には離散系が用いられるが、連続系と離散系の差異は、連続系から離散系への量子化において生じる誤差として扱われるものである。
【００４２】
今、リソースブロック数Ｓのリソースブロックで総情報量ｂ［ｂｉｔｓ］の情報を送信するとき、リソースブロックｘにより送信ビット数ｆ（ｘ）［ｂｉｔｓ］のビットを送出するものとする。ここでリソースブロックｘのｘは、無線リソースを周波数方向および時間方向さらに無線端末を全部含めて一次元に展開して並べ替えた展開方向であり、離散的には展開されたリソースブロックの序数と思えばよい。
【００４３】
無線セルすなわち無線基地局からから送られる総情報量がｂであるから、
【００４４】
【数１】
2011105407.tif 000003
【００４５】
総情報量ｂ［ｂｉｔｓ］を固定とすれば、式（１）のｂが一定という制約条件が得られる。
【００４６】
また、その積分
【００４７】
【数２】
2011105407.tif 000004
【００４８】
を定義する。上述したＳ、ｘ、ｂの関係より、
【００４９】
【数３】
2011105407.tif 000005
【００５０】
となる。以上の条件の下で、送信するビット数に応じてビット対応の送信電力増幅器が消費する電力を示すビット対応消費関数Ｇ（ｆ）により、消費電力量Ｊを以下の様に定義する。
【００５１】
【数４】
2011105407.tif 000006
【００５２】
ここで、Ｐｈ（ｘ）は電力換算のチャネル利得であり、Ｐｈ（ｘ）が大きければ、その分だけ送信電力を小さくて済む。実際にリソースブロックｘにより送信電力増幅器が消費する電力は、
【００５３】
【数５】
2011105407.tif 000007
【００５４】
となる。
【００５５】
図４にｆ（ｘ）、ｙ＝Ｆ（ｘ）、および汎関数の例
【００５６】
【数６】
2011105407.tif 000008
【００５７】
とその変分δｙを記す。以上の条件の下に、総消費電力量Ｊを最小にする極値関数Ｆ（ｘ）を汎関数
【００５８】
【数７】
2011105407.tif 000009
【００５９】
を用いて求めることにする。汎関数
【００６０】
【数８】
2011105407.tif 000010
【００６１】
の取り方によってＪは色々な値を取る。しかし、式（６）の２点は上述の制約条件から確定している。
【００６２】
【数９】
2011105407.tif 000011
【００６３】
そこで、汎関数
【００６４】
【数１０】
2011105407.tif 000012
【００６５】
を比較関数とし、極値関数となる停留関数
【００６６】
【数１１】
2011105407.tif 000013
【００６７】
を元に式（９）の様に定義する。
【００６８】
【数１２】
2011105407.tif 000014
【００６９】
上述より
【００７０】
【数１３】
2011105407.tif 000015
【００７１】
である。従って汎関数に対する消費電力量Ｊは、
【００７２】
【数１４】
2011105407.tif 000016
【００７３】
となり、変分
【００７４】
【数１５】
2011105407.tif 000017
【００７５】
で、停留点で
【００７６】
【数１６】
2011105407.tif 000018
【００７７】
となる。そこで、微分と積分は交換出来るので、
【００７８】
【数１７】
2011105407.tif 000019
【００７９】
ここで、
【００８０】
【数１８】
2011105407.tif 000020
【００８１】
と置くと、式（１４）は式（１６）の様になる。
【００８２】
【数１９】
2011105407.tif 000021
【００８３】
部分積分の関係
【００８４】
【数２０】
2011105407.tif 000022
【００８５】
より式（１６）の積分は、
【００８６】
【数２１】
2011105407.tif 000023
【００８７】
となる。式（６）の制約条件より
2011105407.tif 000024
【００８８】
であるから、式（１８）の第一項は”０”である。従って、
【００８９】
【数２２】
2011105407.tif 000025
【００９０】
でなければならないことが分かる。ｙ′＝ｚ′であるから、
【００９１】
【数２３】
2011105407.tif 000026
【００９２】
である。従って、
【００９３】
【数２４】
2011105407.tif 000027
【００９４】
ならば、上述の汎関数は総消費電力量Ｊを最小にする極値関数となる。
【００９５】
即ち、総消費電力量Ｊを最小にする条件は
【００９６】
【数２５】
2011105407.tif 000028
【００９７】
となる。
【００９８】
【数２６】
2011105407.tif 000029
【００９９】
はリソースブロックｘにより送信電力増幅器が消費する電力である。総消費電力量Ｊが最小となるのは、各リソースブロックによる送信電力増幅器が消費する電力が全て等しい時、言い換えるならば、リソースブロックｘにより送信電力が全て等しい時、即ち送信電力密度が一定の時である。
【０１００】
尚、理想的ではない実際の送信電力増幅器を用いた場合には、上述のＧの中にＰｈ（ｘ）を含めて
【０１０１】
【数２７】
2011105407.tif 000030
【０１０２】
として同様の解析過程を考える必要があるが、上記の結果より最適条件は
【０１０３】
【数２８】
2011105407.tif 000031
【０１０４】
が一定というものなので、送信電力に対応した消費電力も実際の送信電力増幅器で一定になる。送信電力密度が一定のときに総消費電力量Ｊが最小となることは自明である。
【０１０５】
以上では本実施形態の原理についてしたが、この内容の理解を容易にする為に具体的な例を用いて説明する。
【０１０６】
先ずチャネル利得がリソースブロックｘに渡って一定である場合で示す。勿論、本実施形態によれば、周波数帯域や時間や無線端末等を全部含めてｘ方向の一次元に展開し、それぞれに対応するリソースブロックｘのチャネル利得や干渉が異なる場合に総消費電力量を最小化できる。しかし、ここでは説明を容易にするため、先ずＰｈ（ｘ）を一定とし、それを省略した場合を例示する。上述の解析と同様に、この場合の消費電力量Ｊは、
【０１０７】
【数２９】
2011105407.tif 000032
【０１０８】
である。Ｇ（ｆ）は、送信するビット数ｆに応じて送信電力増幅器が消費する電力を示すビット対応消費関数Ｇ（ｆ）である。Ｇ（ｆ）は実際の送信電力増幅器に対応した任意の形状を取ることができる。
【０１０９】
上述の汎関数
【０１１０】
【数３０】
2011105407.tif 000033
【０１１１】
を使って、
【０１１２】
【数３１】
2011105407.tif 000034
【０１１３】
より、汎関数に対する消費電力量Ｊは、
【０１１４】
【数３２】
2011105407.tif 000035
【０１１５】
となる。
極値関数となる停留点では、
【０１１６】
【数３３】
2011105407.tif 000036
【０１１７】
となる。そこで、微分と積分は交換出来るので、
【０１１８】
【数３４】
2011105407.tif 000037
【０１１９】
ここで、
【０１２０】
【数３５】
2011105407.tif 000038
【０１２１】
より式（２８）は式（３０）の様になる。
【０１２２】
【数３６】
2011105407.tif 000039
【０１２３】
式（１７）に示した部分積分の関係より式（３０）の積分は、
【０１２４】
【数３７】
2011105407.tif 000040
【０１２５】
となる。式（１０）の制約条件がここでも成り立ち、
【０１２６】
【数３８】
2011105407.tif 000041
【０１２７】
であるから、式（３１）の第一項は“０”である。従って、
【０１２８】
【数３９】
2011105407.tif 000042
【０１２９】
でなければならないことが分かる。ｙ′＝ｚ′であるから、
【０１３０】
【数４０】
2011105407.tif 000043
【０１３１】
従って、
【０１３２】
【数４１】
2011105407.tif 000044
【０１３３】
ならば上述の汎関数は総消費電力量Ｊを最小にする極値関数となる。即ち、総消費電力量Ｊを最小にする条件はＧ（ｆ（ｘ））が一定ということになる。
【０１３４】
Ｇ（ｆ（ｘ））はリソースブロックｘにより送信電力増幅器が消費する電力である。総消費電力量Ｊが最小になるのは、各リソースブロックによる送信電力増幅器が消費する電力が全て等しい時、言い換えるならば、リソースブロックｘによる送信電力が全て等しい時、即ち送信電力密度が一定の時である。更に詳しく見ると、Ｇ（ｆ（ｘ））は送信ビット数ｆ（ｘ）の関数である。したがって、各リソースブロックｘによる送信ビット数ｆ（ｘ）が等しいとき総消費電力量Ｊが最小となる。
【０１３５】
この原理に基づく無線リソース割り当てを図６、７の例を用いて説明する。
【０１３６】
先ず、一次的な適応変調によって図６の様に無線リソースに変調方式がマッピングされているものとする。一次的な適応変調に用いる方法は特に限定されないが、何らか既存の適応変調方法を用いるものとする。ここで用いる既存の適応変調を一般的な適応変調と呼ぶことにする。無線リソースの左のリソースブロックをみると、一番目はＱＰＳＫ変調をマッピングしている。ＱＰＳＫはシンボル当たり２ビット送信することができる。このＱＰＳＫを送る為の電力を１とする。尚、ここで用いているリソースブロックは周波数方向で一個のサブキャリア、時間軸方向で一個のシンボルを含んでいるものとする。二番目から四番目のリソースブロックには６４ＱＡＭ変調をマッピングしている。６４ＱＡＭはシンボル当たり６ビット送信することができる。これらの多値変調は同じ品質を維持する為には２ビット増える毎に送信電力をほぼ４倍にする必要がある。
【０１３７】
従って６４ＱＡＭの電力は４×４＝１６となる。同図においては、各リソースブロックにマッピングされた変調方式を示すバーの上部に、そのリソースブロックに対応した電力（電力密度）が記載されている。
【０１３８】
五番目から七番目のリソースブロックは空きリソースである。従って総送信電力は１＋１６＋１６＋１６＝４９［Ｗ］、総送信ビット数は２＋６＋６＋６＝２０［ｂｉｔ］となる。
【０１３９】
以上のマッピングと同じ総ビット数で上述の原理を用いて省電力化を図ったマッピングが図７の右側に示されている。上述の原理より各リソースブロックｘが同じ送信ビット数ｆ（ｘ）のとき、総消費電力量Ｊが最小となる。従って、図７の右側の様に空きリソースも使って、できるだけ同じ変調方式となるように多値度を下げている。この例ではビットが余っているので、一部に多値度が異なっているところがある。尚、同じ変調方式となるように多値度を下げることは送信電力密度が一定でかつ小さくすることと同じである。
【０１４０】
その結果を見ると、一番目と六番目のリソースブロックはＱＰＳＫをマッピングしている。ＱＰＳＫはシンボル当たり２ビット送信でき、その電力は１である。二番目から五番目のリソースブロックは１６ＱＡＭにマッピングしている１６ＱＡＭはシンボル当たり４ビット送信でき、その電力は４である。
【０１４１】
従って、総送信電力は１＋４＋４＋４＋４＋１＝１８［Ｗ］となり、総送信ビット数は２＋４＋４＋４＋４＋２＝２０［ｂｉｔ］で図６と同じ総送信ビット数である。総送信ビット数は同じであるが、総送信電力は４９［Ｗ］から１８［Ｗ］に激減していることが分かる。即ち、各リソースブロックｘが同じ送信ビット数ｆ（ｘ）になる様に、言い換えると送信電力密度が一定で小さくなるようにマッピングを行うと、総消費電力量Ｊが最小となることが分かる。
【０１４２】
尚、上述した送信電力の計算には、送信するビットが２ビット増える毎に送信電力が４倍になるという情報理論におけるシャノンの容量式からの近似を用いている。ここではこれについて指数近似という言い方をし、指数近似により得られる送信電力は理想的な送信電力増幅器をつかった場合の消費電力量に相当する。
【０１４３】
一方、実際に使われている送信電力増幅器はこの様にはなっていない。しかしながら、上述の原理の解析過程で使ったＧ（ｆ）は、送信するビット数ｆに応じて送信電力増幅器が消費する電力を示すビット対応消費関数Ｇ（ｆ）であり、実際の送信電力増幅器に対応した任意の形状をとることができる。上述した原理により得られる解は、任意の条件をとりうるという条件で得た総消費電力量Ｊを最小にする最適解であるので、上述した原理が実際の送信電力増幅器にも適用できることは言うまでもない。
【０１４４】
以上に説明した例はチャネル利得がリソースブロックｘに渡って一定である例である。実際にはチャネル利得や干渉成分からなる伝送路の状態（チャネル品質）はリソースブロックによって異なる。この様な場合、もはや、各リソースブロックｘによる送信ビット数ｆ（ｘ）が等しいときに総消費電力量Ｊが最小となるという上記の原理は完全には成り立たない。
【０１４５】
送信電力密度が一定のとき総消費電力量Ｊが最小になるという式（２３）が成り立つときがチャネル利得や干渉が異なる状態での最適解である。そのことを、各リソースブロックのチャネル品質が互いに等しいときと異なるときの両者の例を比較する。尚、煩雑を避けるため、ここでは干渉成分はチャネル利得Ｐｈ（ｘ）の中に含めて考える。
【０１４６】
図８Ａ、８Ｂは、上述の原理を適用した一例を説明するため図である。図８Ａは、チャネル品質がリソースブロックによって異なる場合の例であり、図８Ｂはリソースブロックに渡ってチャネル品質が均一の場合の例である。
【０１４７】
図８Ａ先ず始めにチャネル品質がリソースブロックによって異なる場合の上段の表を見ると、一般的な適応変調を用いたマッピングでは、総送信ビット数は３８［ｂｉｔ］、総送信電力は７０［Ｗ］となっている。これに上述した原理の適応変調を適用したマッピングでは、図８Ａの中段に示すように、総送信ビット数は３８［ｂｉｔ］、総送信電力は２２．５［Ｗ］となる。この場合、空きリソースも使われ、各リソースブロックの電力が一定となっている。つまり、電力密度が一定で小さくなるように多値度を下げて無線リソースへのマッピングが行われている。
【０１４８】
なお、同図には使用された変調方式は記載されていないが、送信ビット数ｆ（ｘ）が２ならば変調方式はＱＰＳＫであり、ｆ（ｘ）が４ならば変調方式は１６ＱＡＭであり、ｆ（ｘ）が６ならば変調方式は６４ＱＡＭである。
【０１４９】
チャネル利得Ｐｈ（ｘ）はリソースブロックｘによって異なっている。この例では指数近似を用いているので、例えば二列目のｘ＝２では、ｆ（ｘ）が２なので変調方式はＱＰＳＫであり、Ｇ（ｆ（ｘ））が１０であり、Ｐｈ（ｘ）が４である。そのため、送信電力増幅器の電力Ｇ（ｆ（ｘ））／Ｐｈ（ｘ）は２．５［Ｗ］となっている。
【０１５０】
次の三列目のｘ＝３では、Ｐｈ（ｘ）＝１６とｘ＝２とは異なるチャネル品質になっているが、電力が同じＧ（ｆ（ｘ））／Ｐｈ（ｘ）＝２．５［Ｗ］になるようにｆ（ｘ）が選ばれていることが分かる。即ち、ｆ（ｘ）が４の１６ＱＡＭを用い、それにより送信ビットが２ビット増えるので、Ｇ（ｆ（ｘ））が４倍になって４０となる。従ってＧ（ｆ（ｘ））／Ｐｈ（ｘ）は２．５［Ｗ］となる。
【０１５１】
以下の列も同様になっており、総送信ビット数が一般的な適応変調を用いた場合と同じ３８［ｂｉｔ］となるように多値度が下げられているのである。その結果、一般的な適応変調を用いた場合、総送信電力が７０［Ｗ］であったのに対して、本例では総送信電力が２２．５［Ｗ］へ激減していることが分かる。
【０１５２】
尚、一列目のｘ＝１は送信電力密度が一定で小さくなるように多値度を下げた結果、ここを使用する多値度でなくなったため、使わなくなったリソースブロックである。
【０１５３】
一方、比較例として、各リソースブロックｘの送信ビット数ｆ（ｘ）が等しくなる様に等ビット配置の適応変調を用いた場合、図８Ａの下段の様になる。使われているチャネル利得Ｐｈ（ｘ）は上段と同じものであり、リソースブロックｘに対して異なっている。
【０１５４】
最初の一列目のｘ＝１では、総ビット数を調整するために送信ビット数ｆ（ｘ）＝２であり、変調方式がＱＰＳＫとなっているが、他の全ての列は等ビット配置によりｆ（ｘ）＝４で、変調方式が１６ＱＡＭとなっている。この時の総送信ビット数は、一般的な適応変調を用いた場合と同じ３８［ｂｉｔ］で、総送信電力が４１．８８［Ｗ］である。一般的の適応変調を用いた場合には上段に示されているように総送信電力が７０［Ｗ］であったので、それよりは送信電力が削減されていることが分かる。しかし、本発明の適応変調による場合には総送信電力が２２．５［Ｗ］であったのに比べると削減の程度が低い。即ち、チャネル品質がリソースブロックによって異なる場合でも、送信電力密度が一定で小さくなるように変調方式を配置した方が等ビット配置よりも省電力化に有効であると言える。
【０１５５】
次に、図８Ｂにおいて、リソースブロックに渡ってチャネル品質が均一である場合、即ちＡＷＧＮ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｗｈｉｔｅ  Ｇａｕｓｓｉａｎ  Ｎｏｉｓｅ）チャネルの場合を見る。
【０１５６】
チャネル利得Ｐｈ（ｘ）は全ての列で１なので省略する。本発明の適応変調や等ビット配置の適応変調を採用する前の、一般的な適応変調によるマッピングでは総ビット数が３８［ｂｉｔ］であり、総送信電力が１６９［Ｗ］であった。これに対して、本発明の適応変調を採用した場合と、等ビット配置の適応変調を採用した場合は共に、総ビット数が３８［ｂｉｔ］であり、総送信電力が３７［Ｗ］である。つまり、総送信電力が激減している。
【０１５７】
リソースブロックに渡ってチャネル品質が同じである場合、各リソースブロックでの電力が一定すなわち電力密度が一定でかつ、その電力密度が小さくなるように多値度を下げて無線リソースへの変調方式のマッピングを行えば、各リソースブロックｘによる送信ビット数ｆ（ｘ）が等しい等ビット配置となる。そのため、本発明の適応変調と等ビット配置の適応変調とで省電力効果は等しい。
【０１５８】
図９Ａ、９Ｂは、上述の原理を適用した第２の例を説明するための図である。この例は」チャネル利得Ｐｈ（ｘ）が図８Ａ、８Ｂの例とは異なっているが、適用する方法は図８Ａ、８Ｂを用いて説明したものと同様なので詳細は省略する。
【０１５９】
図９Ａにおいて、一般的な適応変調を用いた場合、上段に示されている通り、総送信ビット数は４０［ｂｉｔ］であり、総送信電力は７０［Ｗ］となっている。これに本発明の適応変調を適用させると中段に示されているように、総送信ビット数は４０［ｂｉｔ］であり、総送信電力が２７．５［Ｗ］となる。
【０１６０】
空きリソースも使って各リソースブロックでの電力が一定すなわち電力密度が一定でかつ、その電力密度が小さくなるように多値度を下げて、無線リソースへ変調方式を割り当てている。図９Ａでは、総送信ビット数に余りが出るため、ｘ＝２とｘ＝１０は送信電力増幅器の電力Ｇ（ｆ（ｘ））／Ｐｈ（ｘ）が５［Ｗ］となっているが、その他の列ではＧ（ｆ（ｘ））／Ｐｈ（ｘ）＝２．５［Ｗ］一定となっている。総送信ビット数が、一般的な適応変調を用いた場合と同じ４０［ｂｉｔ］のままで変調方式の多値度を下げて、一般的な適応変調では７０［Ｗ］であった総送信電力が本発明の適応変調では２７．５［Ｗ］へ激減していることが分かる。
【０１６１】
ｘ＝１のリソースブロックは、送信電力密度が一定でかつ小さくなるように多値度を下げた結果、使用できる変調度が無くなったため使わなくなっている。
【０１６２】
一方、各リソースブロックｘの送信ビット数ｆ（ｘ）が等しくなるように等ビット配置の適応変調を用いた場合、図９Ａの下段のようになっている。使われているチャネル利得Ｐｈ（ｘ）は上段および中段と同じであり、リソースブロックｘにより異なっている。総送信ビット数を４０［ｂｉｔ］のままで、等ビット配置により、できるだけ多値度を下げて無線リソースへ変調方式を割り当てなおした結果、一般的な適応変調では７０［Ｗ］であった総送信電力が７１．８８［Ｗ］へと少し増えてしまっている。これは、ｘ＝１のようにチャネル品質の悪いリソースブロックでも同じビット数のビットを送信するようにしたためである。
【０１６３】
以上より、チャネル品質がリソースブロックによって異なる場合には、本発明の適応変調により送信電力密度が一定で小さくなるように制御するのは省電力化に有効であるが、等ビット配置は有効でない場合があると言える。
【０１６４】
次に、図９Ｂにおいて、リソースブロックに渡ってチャネル品質が均一の場合、即ちＡＷＧＮチャネルの場合を見る。
【０１６５】
チャネル利得Ｐｈ（ｘ）は全ての列で１なので省略する。本発明の適応変調や等ビット配置の適応変調を採用する前の、一般的な適応変調によるマッピングでは総ビット数が４０［ｂｉｔ］であり、総送信電力が１８１［Ｗ］であった。これに対して、本発明の適応変調を採用した場合と、等ビット配置の適応変調を採用した場合は共に、総ビット数が４０［ｂｉｔ］であり、総送信電力が４０［Ｗ］である。つまり、総送信電力が激減している。
【０１６６】
リソースブロックに渡ってチャネル品質が同じである場合、各リソースブロックでの電力が一定すなわち電力密度が一定でかつ、その電力密度が小さくなるように多値度を下げて無線リソースへの変調方式のマッピングを行えば、各リソースブロックｘによる送信ビット数ｆ（ｘ）が等しい等ビット配置となる。そのため、本発明の適応変調と等ビット配置の適応変調とで省電力効果は等しい。
【０１６７】
次に、以上に説明した、空きリソースも使って、周波数方向あるいは時間方向あるいは周波数と時間の両方向で送るべき総送信ビット数を制約条件として送信電力密度が一定で小さくなるように適応変調を行い、多値変調レベルを下げて無線リソースへの割当てを行う省電力方法を適用したシステムおよび装置の構成について説明する。
【０１６８】
図１０は、移動通信システムの構成を示す模式図である。同図を参照すると、移動通信システムは無線基地局８１０と無線端末８１１〜８１ｎ（ＵＳＥＲ１〜ｎ）を有している。
【０１６９】
無線基地局８１０は無線セル８０１〜８０３を収容し、セル毎に、各無線端末８１１〜８１ｎについてスケジューリングを行って通信の順序、変調方式、送信電力などを決定し、各無線端末８１１〜８１ｎのトラヒックを無線リソースへマッピングする。
【０１７０】
図１０の例では、無線端末８１１〜８１ｎは無線セル８０１に在圏しており、それぞれチャネル利得や干渉成分からなるチャネル品質をＣＱＩ情報として無線基地局８１０へ伝達している。無線基地局８１０では得られたＣＱＩ情報に基づいて、無線セル８０１において、適応変調による各無線端末８１１〜８１ｎのトラヒックを無線リソースにマッピングする。
【０１７１】
図１１は、無線基地局８１０の概略の構成を示す模式図である。図１１を参照すると、無線基地局８１０は送信バッファ１０１、スケジューラ１０２、マッピング部１０３、および送信電力増幅器１０４がある。
【０１７２】
送信バッファ１０１は、各無線端末へ送信するデータを一時的に蓄積するとともに、無線端末毎のキューにより管理する。
【０１７３】
スケジューラ１０２は無線端末から送られてきたＣＱＩ情報を基に送信の優先度であるスケジューリングメトリックを計算し、メトリックの大きいデータを優先的に送るように作用する。具体的には、メトリックの大きいデータを優先的に送信バッファ１０１から読み出し、マッピング部１０３に引き渡す。
【０１７４】
マッピング部１０３は機能的には図１２に示すような内部構成を有しており、本構成によりスケジューラ１０２から送られてきたデータを無線リソースにマッピングする。図１２を参照すると、マッピング部１０３は一次マッピング部２０１と二次マッピング部２０２を有している。
【０１７５】
マッピング部１０３において、一次マッピング部２０１はまず一般的な手法によるマッピングを行う。このマッピングにおいて、一次マッピング部２０１は、一般的な適応変調により各データに適用する変調方式を決定し、その変調方式を適用したデータの無線リソースへの配置を決定する。
【０１７６】
そして二次マッピング部２０２は、一次マッピング部２０１によるマッピングで無線リソースに空きがあれば、その空きリソースも使って再びマッピングを行う。その際、二次マッピング部２０２は、空きリソースも使って、周波数方向あるいは時間方向あるいは周波数と時間の両方向で、一般的な適応変調によって定まった総送信ビット数と関連付けた制約条件で総送信ビット数を制限しつつ、送信電力密度が一定で小さくなるような適応変調を行う。相対的に高い送信電力密度を下げる方向の制御なので変調方式の多値度は下がる方向となる。そして、マッピング部１０３は、適応変調をしなおした変調方式を適用したデータの無線リソースへの配置を決定する。
【０１７７】
そして更に二次マッピング部２０２は、二次的なマッピングの結果として得られた送信電力レベルを送信電力増幅器１０４へ通知する。
【０１７８】
送信電力増幅器１０４は、マッピング部１０３の二次的なマッピングにより無線リソースへマッピングされたデータを、マッピング部１０３から通知された送信電力レベルに増幅して送出する。
【０１７９】
次に、上述したマッピング部１０３によるマッピング動作の一例を詳細に説明する。ここではマッピング部１０３がフィードバック制御により動作する場合を例示する。図１３は、マッピング動作例を説明するための模式図である。
【０１８０】
図１３を参照すると、一次マッピング部２０１は、スケジューラ１０２からのデータに対して、無線端末８１１〜８１ｎから得たＣＱＩ情報を基に一般的な適応変調を行い、決定した変調方式を無線リソースに配置する。一次マッピング部２０１は、その結果生じた総送信ビット数を比較器１００３へ入力する。
【０１８１】
比較器１００３のもう一方の入力は、二次マッピング部２０２が空きリソースを使った適応変調を行った結果として生じた総送信ビット数である。比較器１００３は、２つの入力を比較し、どちらの入力の総送信ビット数が大きいかを示す比較結果を変換器１００４に入力する。変換器１００４の出力はＣＱＩ変換器１００５に入力する。
【０１８２】
変換器１００４とＣＱＩ変換器１００５によって、無線端末８１１〜８１ｎからのＣＱＩ情報が変換される。一次マッピング部２０１の総送信ビット数が二次マッピング部２０２の総送信ビット数よりも小さい場合、ＣＱＩ情報はＣＱＩを下げる方向に変換される。逆に、二次マッピング部２０２の総送信ビット数が一次マッピング部２０１の総送信ビット数よりも大きい場合、ＣＱＩ情報はＣＱＩを上げる方向に変換される。変換されたＣＱＩ情報は二次マッピング部２０２に入力される。
【０１８３】
一次マッピング部２０１によるマッピングで無線リソースに空きができると、その空きリソースを含むリソースブロックに対して、フィードバックループは、ＣＱＩを下げる方向に作用する。ただし、総送信ビット数は変わらないので、二次マッピング部２０２の適応変調は、送信ビット数を制約条件として送信電力密度がリソースブロック内で一定でかつ小さくなるような制御となる。その結果として多値度が下がるので送信電力増幅器１００６へ通知する送信電力レベルが下がり、省電力化が実現される。
【０１８４】
次に示すのは、一次マッピング部２０１がＣＱＩ情報に基づく適応変調を無線リソースに適用する処理と、二次マッピング部２０２が空きリソースも含めて送信電力密度が一定で小さくなるような適応変調を無線リソースに適用する処理とを総送信ビット数に対する制約条件の下で逐次的に試行する動作例である。
【０１８５】
図１４は、一次マッピング部２０１と二次マッピング部２０２が逐次的に処理を試行するマッピング部１０３の動作例を示したフローチャートである。
【０１８６】
先ず動作を開始すると（ステップ１１００）、一次マッピング部２０１が、無線端末８１１〜８１ｎから得たＣＱＩ情報に基づく適応変調を無線リソースに適用して一次マッピングを行う（ステップ１１０１）。
【０１８７】
次に、マッピング部１０３は、各無線端末８１１〜８１ｎに対する信号全体の送信電力、即ち送信電力密度をΔｄＢだけ下げる（ステップ１１０２）。ここでいう適応変調は、適応符号化も含めて適応変調符号化セットと呼ばれる変調方法及び符号化方法の集合であるＭＣＳとして制御されており、ＭＣＳが高くなるほど多値変調レベル及び符号化率が上がる。
【０１８８】
マッピング部１０３は、送信電力密度を下げた結果、現状のＭＣＳを維持できない無線端末（リソースブロック）８１１〜８１ｎが有るか否か判断する（ステップ１１０３）。そのような無線端末が無ければ、マッピング部１０３は、送信電力密度とそれに伴うＣＱＩレベルを更にΔだけ下げることを、ＭＣＳを維持できない無線端末（リソースブロック）が現れるまで繰り返す。
【０１８９】
ＭＣＳを維持できない無線端末（リソースブロック）８１１〜８１ｎが現れたら、マッピング部１０３は、その無線端末（リソースブロック）のＭＣＳを下げるとともに、同じ送信ビット数を確保できる様に、その無線端末に空きリソースを割り当てる（ステップ１１０４）。
【０１９０】
次に、マッピング部１０３は空きリソースが有るかどうかを判断する（ステップ１１０５）。まだ空きリソースが有る場合、マッピング部１０３はステップ１１０２に戻って送信電力密度とそれに伴うＣＱＩレベルを更にΔだけ下げ、ステップ１１０５の判断で空きリソースブロックが無くなるまで同様の処理を繰り返す。
【０１９１】
空きリソースブロックが無くなった場合、マッピング部１０３は、それまで下げてきた送信電力密度に応じた送信電力レベルを送信電力増幅器１０４へ通知して処理を終了する（ステップ１１０６）。
【０１９２】
なお、上述したように、全ての無線リソースに渡って一律に送信電力密度を小さくしていくと、その結果として、スケジューリングメトリックが大きいにも関わらずチャネル品質が悪い為に無線リソースにマッピングされないデータが生じる可能性がある。そこで、特にスケジューリングメトリックの大きい無線端末向けの待機データに対しては、一次マッピングで割り当てられたリソースブロックの送信電力密度を維持し、二次マッピングによるマッピングの変更の対象外としてもよい。その結果、スケジューリングメトリックの大きい無線端末へのデータの送出を止めていた二次マッピング部２０２の処理を回避し、その無線端末にデータを送出することができる。
【０１９３】
また、各無線端末８１１〜８１ｎは、無線基地局８１０からのパイロット信号と呼ばれる基準信号の電力レベルを基に受信データの復調を行っている。無線基地局８１０が無線端末８１１〜８１ｎへの信号の送信電力密度を小さくしていくと、無線端末８１１〜８１ｎは、パイロット信号の電力レベルに基づく本来あるべき電力レベルで信号を受信できなくなる。その結果、無線端末８１１〜８１ｎはデータを正しく復調できなくなる可能性がある。そこで、無線基地局８１０は、パイロット信号の送信電力密度とデータの送信電力密度の差異を予め制御信号として無線端末８１１〜８１ｎ送り、無線端末８１１〜８１ｎは、その制御信号に従い、想定される受信レベルを調整することにしてもよい。その結果、無線端末８１１〜８１ｎは無線基地局８１０が省電力化の為に送信電力レベルを下げた信号から、受信データを正しく復調できるようになる。
【０１９４】
また、上述した原理の説明におけるリソースブロックｘは時間ｔに置き換えることもできる。そのような置き換えを行って上述と同様の解析を行うと、消費電力量Ｊを最小にする条件は、
【０１９５】
【数４２】
2011105407.tif 000045
【０１９６】
となる。即ち、総消費電力量Ｊを最小にする条件は
【０１９７】
【数４３】
2011105407.tif 000046
【０１９８】
であり、言い換えれば
【０１９９】
【数４４】
2011105407.tif 000047
【０２００】
である。Ｔ時間内にｂ［ｂｉｔ］を送る場合、
【０２０１】
【数４５】
2011105407.tif 000048
【０２０２】
を一定とし、Ｔ時間内にｂ［ｂｉｔ］を平均化して送信したときに総消費電力量Ｊが最小となる。
【０２０３】
この原理を簡単な例を用いて説明する。
【０２０４】
図１５に示された（１）と（２）の二つの送信方法を比べる。
（１）では、最初に高い多値変調レベルを用いてｂ［ｂｉｔ］のデータを送信し、その後に送信電力増幅器１０４をＯＦＦする。高次変調として６４ＱＡＭを用いるものとする。
（２）では、低い多値変調レベルでＴ時間内にｂ［ｂｉｔ］のデータを平均的に送信する。低次変調としてＱＰＳＫを用いるものとする。
【０２０５】
（１）と（２）の両者とも総送信ビット数はｂ＝６と同じ条件である。図１６の表に、（１）と（２）のそれぞれに用いた条件と、得られた結果である送信電力量が記載されている。
【０２０６】
（１）では、変調方式は６４ＱＡＭなので一度に６ビット送ることができる。従って送信時間ｔは送信一回分の時間で済む。それ以降の時間は、送信電力増幅器をＯＦＦしているので電力は消費しない。
【０２０７】
（２）では、低次変調であるＱＰＳＫを用いてデータをＴ時間にわたって平均的に送信している。変調方式はＱＰＳＫなので一回の送信で２ビットを送信するので、送信時間は送信３回分の時間である。
【０２０８】
ＱＰＳＫの送信電力は０．２５であり、それより送信ビット数が４ビット多い６４ＱＡＭの送信電力は０．２５×４×４＝４となる。従って、（１）の場合には送信電力量が４であるのに対して、（２）の場合には送信電力量が０．７５と激減している。このことは、式（３８）、（３９）を用いて説明した原理が成り立っていることを示している。即ち、トラッフィクをなるべく平均化してそれに見合った低次変調の変調方式を使うことで省電力化が実現できることが分かる。
【０２０９】
このことを上述の無線基地局に適応することができる。例えば、一次マッピング部２０１が、送信データのトラフィック量を推定し、そのトラフィック量に応じて無線リソースにマッピングするデータ量を制限し、時間的に平均化すればよい。二次マッピング部２０２で無線リソースにマッピングされるデータ量は、一次マッピング部２０１で得られた総送信ビット数に制限されるので、マッピング部１０３から送出されるデータが時間的に平均化されたものとなる。
【０２１０】
なお、一次マッピング部２０１は、トラッフィク量を推定するのに、無線リソースの利用率を用いてもよい。あるいは、一次マッピング部２０１は、送信バッファ１０１に蓄積された送信データのキュー長に基づいてトラフィック量を推定することにしてもよい。一次マッピング部２０１は、キュー長に応じたデータ量のデータを無線リソースにマッピングすればよい。
【０２１１】
以上においても本実施形態により省電力化の効果が得られることは数値を交えて説明したが、ここでは更にシミュレーションにより省電力の効果を確認する。図１７は、省電力化の効果を示すシミュレーション結果のグラフである。
【０２１２】
このシミュレーションには、図１３を用いて説明したような、フィードバック制御による動作を用いている。また無線端末数は８であり、サブキャリア数は２５６である。また１つのリソースブロックは周波数方向に１６個のサブキャリアを含んでいる。無線チャネルの環境条件として、周波数選択性の高速フェージングが生じるチャネルでシミュレーションを行っている。
【０２１３】
リソースブロック毎にチャネル品質は異なる。ＭＣＳとしては、複数の符号化方式（符号化率）との組み合わせも含めてＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭを使用し、０〜６の７段階のＭＣＳを用いている。図１８は、シミュレーションに用いたＭＣＳの一覧表である。
【０２１４】
ＣＱＩは、リソースブロック毎のサブバンドＣＱＩを使用して通知される。スケジューリングはサブバンド毎に行われており、スケジューリングメトリックの高い無線端末へのデータが優先的に無線リソースへマッピングされる。
【０２１５】
送信電力増幅器としては、指数近似モデル、Ｄｏｈｅｒｔｙ増幅器、およびＢ級増幅器の３つを用いている。指数近似モデルは、情報理論におけるシャノンの容量式からの近似であり、理想的なモデルとして用いた。Ｄｏｈｅｒｔｙ増幅器およびＢ級増幅器は実際の送信増幅器のモデルとして用いた。
【０２１６】
本発明の適用例と送信電力増幅器の消費電力の削減効果を比較する比較対象として、本発明を適用した適応変調符号化と同じＭＣＳによる一般的な適応変調符号化を用いている。また、その比較対象においては、無線リソースに空きができたときには送信電力増幅器をパワーオフにして電力を消費しないようにしている。
【０２１７】
図１７のグラフから、本発明の適用例の消費電力量は、トラフィック量が小さくなるにつれて比較対象の消費電力量に比べて激減していることが分かる。特に、トラフィック量が５０％になると、本発明の適用例は比較対象に比べて消費電力量が１／４程度になっている。理想的な指数近似モデルのみならず、実際の送信電力増幅器のモデルであるＤｏｈｅｒｔｙ増幅器やＢ級増幅器でも同様の傾向を示している。
【０２１８】
以上のシミュレーション結果は、本発明による省電力化が有効であることも示している。また、本発明による省電力化が、理想的な指数近似モデルだけでなく実際の送信電力増幅器のモデルでも有効であることも示している。
【０２１９】
上記の実施形態の一部又は全部は以下の付記のように記載することもできる。ただし、本発明が以下の付記に限定されるものではない。
【０２２０】
（付記１）
適応変調を用いて無線端末と接続する無線基地局であって、
前記無線端末へのトラフィックの、無線リソースにマッピングする総ビット数の目標値を決定する第１の処理手段と、
送信すべき総ビット数を前記目標値に関連付けて制限しつつ、前記無線リソースの空きリソースを少なくし、送信電力密度を一定かつ小さくするように、適応変調により前記無線端末に対する変調方式を定める第２の処理手段と、
を有する無線基地局。
【０２２１】
（付記２）
前記第１の処理手段は、一次的な適応変調により前記無線端末に対する変調方式を定めた場合の総ビット数を前記目標値と定め、
前記第２の処理手段は、前記一次的な適応変調により定まる前記変調方式によりマッピングを行うと無線リソースに空きリソースができる場合、前記総ビット数を制限しつつ、前記送信電力密度を一定かつ小さくするように、前記空きリソースを含めた二次的な適応変調により前記無線端末に対する変調方式を定める、
付記１に記載の無線基地局。
【０２２２】
（付記３）
前記第１の処理手段は、チャネル品質情報に基づいて前記一次的な適応変調を行い、
前記第２の処理手段は、前記空きリソースも使って前記送信電力密度が一定かつ小さくなるようにした、前記チャネル品質に基づく前記二次的な適応変調から得られる総ビット数が、前記一次的な適応変調における総ビット数に近づくように、前記二次的な適応変調を行う、
付記２に記載の無線基地局。
【０２２３】
（付記４）
前記第２の処理手段は、前記二次的な適応変調から得られる前記総ビット数を、前記一次的な適応変調で得られた総送信ビット数と一致させつつ、チャネル品質がそれぞれ異なる複数の無線端末に対する適応変調の制御を逐次的に試行する、
付記３に記載の無線基地局。
【０２２４】
（付記５）
前記第２の処理手段は、優先度が所定の閾値より高い無線端末については前記第１の処理手段が定めた送信電力密度を維持するように適応変調を制御する、
付記３または４に記載の無線基地局。
【０２２５】
（付記６）
送信パイロット信号の電力密度と、前記第２の処理手段によって得られた前記送信電力密度との差を示す下りの制御信号を送信する制御信号通信手段を更に有する、付記１〜５のいずれか１項に記載の無線基地局。
【０２２６】
（付記７）
前記第１の処理手段は、前記無線端末へのトラフィック量に応じて前記目標値を決定する、付記１〜６のいずれか１項に記載の無線基地局。
【０２２７】
（付記８）
前記第１の処理手段は、前記トラフィック量に応じて、前記空きリソース、あるいは前記無線リソースの全体に対する使用可能な無線リソースの割合を決定し、使用可能な無線リソースを用いたマッピングにより、前記目標値を決定する、付記７に記載の無線基地局。
【０２２８】
（付記９）
前記第１の処理手段は、送信すべきデータが一時的に格納される送信バッファのキュー長に応じて前記目標値を決定する、付記１〜６のいずれか１項に記載の無線基地局。
【０２２９】
（付記１０）
前記第１の処理手段は、前記キュー長に応じて、前記空きリソース、あるいは前記無線リソースの全体に対する使用可能な無線リソースの割合を決定し、使用可能な無線リソースを用いたマッピングにより、前記目標値を決定する、付記９に記載の無線基地局。
【０２３０】
（付記１１）
前記第２の処理手段は、前記送信電力密度を一定値から所定の範囲内となるように前記適応変調を制御する、
付記１〜１０のいずれか１項に記載の無線基地局。
【０２３１】
（付記１２）
前記無線リソースは、周波数方向、または時間方向、または周波数および時間の両方向にて規定される領域である、
付記１〜１１のいずれか１項に記載の無線基地局。
【０２３２】
（付記１３）
適応変調を用いて無線端末と接続する無線基地局における適応変調制御方法であって、
前記無線端末へのトラフィックの、無線リソースにマッピングする総ビット数の目標値を決定し、
送信すべき総ビット数を前記目標値に関連付けて制限しつつ、前記無線リソースの空きリソースを少なくし、送信電力密度を一定かつ小さくするように、適応変調により前記無線端末に対する変調方式を定める、
適応変調制御方法。
【０２３３】
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、本発明は、これらの実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において、これらの実施形態を組み合わせて使用したり、一部の構成を変更したりしてもよい。
【０２３４】
この出願は、２０１０年２月２３日に出願された日本出願特願２０１０−０３７０９７を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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